TWI428032B

TWI428032B - 用於偵測無線通訊系統中之未使用ｔｖ頻譜的裝置及方法

Info

Publication number: TWI428032B
Application number: TW099116618A
Authority: TW
Inventors: Shiquan Wu; Jung Yee
Original assignee: Wi Lan Inc
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2014-02-21
Also published as: JP2012529196A; US20100309317A1; KR20120016640A; EP2438776A4; JP5612082B2; TW201110726A; CN102598748A; EP2438776A1; WO2010139057A1

Description

用於偵測無線通訊系統中之未使用TV頻譜的裝置及方法

本發明大體係關於閒置空間之偵測及將偵測到之閒置空間用於資料通訊。

本發明與2008年4月9日申請之題為「用於在無線通訊中利用頻譜資源的系統和方法」的共同申請美國專利申請案第12/078,979號有關，該申請案在此以引用的方式併入本文中。

許多國家設有各種管理機構以著眼於提供對用於特定用途的頻譜資源之集中式、嚴格控制的分配，且在多數情況下，特許使用頻譜之部分的權利。因此，此等管理機構具有分配頻譜之未使用部分(從未被特許使用)或作為技術改變之結果重新分配空閒之任一頻譜之授權。在許多情況下，出於技術原因(諸如為避免干擾)，此等頻率分配計劃要求在經分配之頻帶之間的頻譜之指定部分保持未使用。舉例而言，美國聯邦通訊委員會(FCC)為在美國管轄頻譜之使用的管理機構，及加拿大無線電－電視電信委員會為其加拿大的對應機構。

不同國家使用不同的TV廣播標準，以及廣播頻道的不同頻譜分配、不同頻道參數等。舉例而言，在美國，數位TV廣播台當前使用VHF(特高頻)頻譜及/或在54 MHz與698 MHz之間的UHF(超高頻)頻譜之較低部分。

無線麥克風亦在UHF及VHF頻譜帶之RF頻率上傳輸。不幸存在無線麥克風使用之許多不同標準、頻率計劃及傳輸技術。例如，無線麥克風可使用UHF及VHF頻率、頻率調變、振幅調變或各種數位調變方案。一些型號在單一固定頻率上操作，但較先進型號則在使用者可選擇頻率上操作以避免干擾且允許同時使用若干麥克風。

存在自類比TV轉變至數位TV(DTV)的全球趨勢；DTV提供更好的觀看體驗且提供個性化且互動式服務，同時達成對頻譜之更有效率的使用。更重要地，至DTV的轉換導致現由類比TV廣播佔用的頻譜部分中的重要頻寬變得空閒。此係因為在某一地理區域/區(已知為TV市場)中廣播DTV信號之每一TV台將使用有限數目個頻道，使得在轉變至數位TV廣播後，彼區域中的未分配至DTV廣播之頻譜將變得空閒。

類比/數位TV遷移打開對個人/家庭用戶提供各種各樣之新專用服務之道路。在美國，FCC已命令在2009年中期以前所有全功率電視廣播要使用DTV之ATSC(先進電視系統委員會)標準。當前，頻道2至51正被重新分配至DTV廣播；當向DTV之轉變結束時，在美國的210個TV市場中每一者將具有未由TV廣播使用之15-40個頻道。彼等空頻道稱作「閒置空間」。有權使用空頻譜促進低成本、高容量行動無線寬頻網路(包括新興室內網路)之市場。藉由使用此局部可利用頻譜，無線寬頻業界可以低至每月10美元的收費(據某些估計)將網際網路存取傳遞至每一戶。

在2008年11月14日，FCC批准了未特許的無線應用及裝置對TV閒置空間頻譜之使用，但著眼於防止對諸如TV廣播及無線麥克風(在各別區中起作用)之「主要服務」的干擾，添加了一些條件，此等所謂的「次要服務」必須在該等條件下執行。因此，由在ATSC頻譜中操作之任一「閒置空間裝置」(WSO)輻射之信號必須遵循FCC規定，使得已在彼區中佈署或將在彼區中佈署的主要服務或任何新興服務的品質將不因此等次要服務而降級。將術語「共存(coexistence)」及「並存(collocation)」用於當設計及使用任一閒置空間裝置時必須考慮之要求。

為遵守此等要求，FCC命令固定及攜帶型閒置空間裝置皆包括地理定位及感測能力，且使用具有關於在每一TV市場中有作用之主要服務資訊之資料庫(此處稱作「閒置空間(WS)資料庫」)。WS資料庫將包括TV頻道分配及使用無線麥克風的主要集會地點(諸如體育場、劇院等)之位置。藉由確保遵守FCC規則，資料庫存取及感測能力將使新閒置空間裝置能夠與次要服務共用未使用頻譜，而不干擾在此區之主要服務。對於固定WS裝置，最大傳輸功率應為1瓦特，且EIPR(等效各向同性幅射功率)必須高達4瓦特。不具地理定位能力及對FCC資料庫之使用權的任一攜帶型WS裝置須在固定WSD之控制下操作，固定WSD將提供所需地理定位能力及對FCC資料庫之使用。不具地理定位能力且不受具地理定位能力之WS裝置的控制之攜帶型裝置被限制於50 mw EIRP且受到額外要求之約束。

無線業界正考慮藉由將關於技術融合之標準發展成舒適、易用且價格有吸引力的架構來使用閒置空間。舉例而言，2004形成的IEEE 802.22工作小組接收到開發用於無線局域網路(WRAN)之標準的命令。此技術之任務為提供至單一家庭住所、集合住宅、小辦公室/家庭辦公室、小企業等的鄉村地區寬頻服務。

為考量共存態樣來有效使用閒置空間，WS裝置必須裝備能夠偵測空頻道且予以利用之機構，該等機構當前被稱作「閒置空間頻譜感測器」或「閒置空間嗅探器」或簡單稱作「嗅探器」。頻譜嗅探器對確保滿足共存要求及校正資料庫更新之可能誤差或延遲或對不有地理定位能力之WSD非常重要。此等裝置之任一可接受設計應僅對整個WDS添加小的附加成本，同時執行對閒置空間之準確偵測且仍允許實現由FCC指定之效能參數。例如：FCC定義高達-114 dBm的敏感性，其比主要使用者接收器之通常敏感度級別低至少20 dB，以迎合對頻譜之主要使用者隱藏次要使用者節點之可能性。此高敏感度要求與其他缺陷(諸如雜訊不確定性及衰退)相結合對於頻譜感測設計構成重大挑戰。

設計頻譜感測器之當前嘗試可大體被分類為三個主要種類，即能量偵測、匹配濾波及週期式穩態偵測。然而，至今尚無方法或產品提供令人滿意的對識別所關注區中的閒置空間片段之問題的解決方案。因此，需要提供一種偵測某一區中經保留但未由主要服務使用之閒置空間頻譜而不影響現有的服務之操作的廉價且有效率之方式。

在以下概述中可進行一些簡化及省略，該概述意欲突出且介紹各種例示性實施例之一些態樣但不限制本發明之範疇。整個揭示內容提供足以允許一般熟習此項技術者製造及使用本發明之概念的較佳例示性實施例之詳細描述。又，下列意義應適用於以下識別的術語中每一者之所有情況，除在另有清晰陳述之情況或在根據出現術語的具體上下文清晰地陳述了不同意義之具體情況中之外。

本發明之一目標為提供用於偵測未使用TV頻譜以用於次要用途之裝置、系統及方法。本發明之另一目標為提供執行對TV頻譜之快速掃描同時處置高動態範圍之經感測信號的節省成本之裝置及系統。

本發明另一目標為提供一種閒置空間頻譜感測器，其為對無線裝置的可負擔添加，且快速偵測所關注大小的閒置空間片段。該感測器亦可用以使用當前頻譜佔用資訊更新任一頻譜佔用資料庫(若可利用)。

因此，本發明提供一種用於允許自一無線裝置實施一次要服務應用之閒置空間頻譜感測器，包含：頻譜偵測器/分析器，用於識別一指定寬度的閒置空間頻譜片段；頻譜管理器，用於基於該次要服務應用之要求確立該指定寬度及為該次要服務應用保留該閒置空間頻譜片段；及可組態介面，用於允許實現該感測器與該無線裝置之整合。

本發明亦針對一種用於允許在一無線裝置處實施一次要服務應用之閒置空間頻譜感測器，包含：頻譜偵測器/分析器，用於分析一指定寬度的頻譜片段以確認該頻譜片段未被佔用；頻譜管理器，用於基於該次要服務應用之要求確立該指定寬度及為該次要服務應用保留該頻譜片段；及可組態介面，用於允許實現該感測器與該無線裝置之整合。

亦描述一種用於偵測且分析存在於所分配至TV廣播之頻帶B之頻譜中的信號之頻譜偵測器/分析器。概括而言，該頻譜偵測器/分析器包含：天線單元，用於獲取存在於頻帶B中之無線信號；取樣器，用於數位化由該天線單元獲取之信號以提供數位化樣本；及基頻(BB)處理器，用於分析該等數位化樣本且藉由根據與各別TV廣播有關之一DTV標準偵測在該DTV廣播中存在之一已知信號序列來識別在所分配至該TV廣播之頻寬中的未使用頻譜片段。

根據本發明另一實施例，一種用於偵測且分析在所分配至TV廣播之寬度B 之頻譜上感測的信號之頻譜偵測器/分析器，包含：天線單元，用於獲取存在所分配至該TV廣播之頻譜上確立之n 個子頻帶中存在的無線信號，子頻帶SB_k 具有某一寬度B_k ，其中k [1,n] 且n 1 ；降頻轉換單元，用於將在每一子頻帶SB_k 中自該天線單元接收之該等信號降頻轉換至在寬度B_k 之一低頻帶上延伸之低頻帶信號；取樣器，用於取樣在每一子頻帶中之該等低頻帶信號以自該等低頻帶信號提供數位化樣本；及基頻處理器，用於分析自該取樣器接收之數位化樣本且識別在所分配至該TV廣播之頻寬中的未使用頻譜片段。

根據本發明再一實施例，用於偵測且分析在分配至TV廣播之寬度B 之頻譜上感測的信號之頻譜偵測器/分析器包含：一天線單元，其用於獲取在所分配至該TV廣播之頻譜上存在之無線信號；一取樣器，其用於取樣由該天線單元獲取之信號以提供數位化樣本，該取樣器經操作以便對於比一指定值強的信號達成一飽和狀態；及一基頻(BB)處理器，其用於分析自該取樣器接收之數位化樣本且藉由偵測該取樣器之飽和狀態而識別在所分配至該TV廣播之頻寬中的未使用頻譜片段。

在本發明再一實施例中，提供一種偵測且分析在所分配至TV廣播之頻譜中存在的信號之方法。該方法包含：a)獲取在所分配至該TV廣播之頻帶中存在的無線信號；b)使用一取樣器取樣在步驟a)中獲取之信號以提供數位化樣本，該取樣器在經選擇以對於比一指定值強的信號達成一飽和狀態之一操作點中操作；及c)分析自該取樣器接收之數位化樣本且藉由偵測該取樣器之飽和狀態而識別在所分配至該TV廣播之頻寬中的未使用頻譜片段。

本發明另一實施例係針對一種偵測且分析在所分配至TV廣播之寬度B 之頻譜中存在的信號之方法，其包含：a)確立所分配至該TV廣播之頻譜之頻帶B 上之n 個子頻帶，一子頻帶SB_k 具有某一寬度B_k ，其中k [1 ,n] 且n 1 ；b)獲取在該子頻帶SB_k 中存在之無線信號；c)將在該子頻帶SB_k 中所獲取之信號降頻轉換至一寬度B_k 之一低頻帶中的低頻帶信號；d)取樣每一子頻帶SB_k 中之低頻帶信號以提供該等低頻帶信號之數位化樣本；e)分析自取樣器接收之數位化樣本以量測經取樣低頻帶信號之能量；及f)重複步驟c)至e)直至在所分配至該TV廣播之頻寬中識別到一未使用頻譜片段。

本發明再一實施例係針對一種用於偵測且分析在所分配至TV廣播之寬度B 之一頻譜上感測到的信號之方法，其包含：a)獲取在所分配至該TV廣播之頻譜中存在的任何無線信號；b)取樣由天線單元所獲取之信號以自低頻帶信號提供數位化樣本；及c)分析自取樣器接收之數位化樣本；及d)藉由根據與該TV廣播有關之一各別DTV標準偵測在該DTV廣播中存在之一已知信號序列來識別在所分配至該TV廣播之頻寬中的一未使用頻譜片段。

有利地，根據本發明之裝置及系統使得能夠使用易用且價格有吸引力的系統架構快速掃描超過300 MHz之整個TV頻譜。根據本發明之裝置可用作獨立頻譜偵測器或可整合於任一無線裝置中。

本發明之另一優勢為使用可獨立使用或可組合之複數個方法及架構提供對所分配至主要服務的大頻譜之快速掃描。本發明考慮由FCC規則及規定設定之共存及並存要求，其用於確保在彼區中已佈署或將在彼區中佈署的主要服務或任何新興服務不會受到在所識別之閒置空間中佈署的次要服務之影響。

在本說明書中，術語「主要服務」用於DTV廣播、無線麥克風及由法規授權(特許)使用頻譜之指定部分的任何應用。術語「TV頻道」指當前由DTV標準定義之頻道。對於在本說明書中使用且無限制之說明性實施例，說明書參照如北美DTV標準指定之VHF及UHF頻帶內之頻道。應注意，本發明同等適用於其他DTV廣播系統，諸如歐洲、日本及其他DTV系統。術語「頻譜片段」用於頻譜之一部分，且術語「閒置空間頻道」用於由某一閒置空間裝置用於各別次要服務之一或多個頻譜片段所形成的邏輯頻道：其可包括一頻道或頻道之組合(不管連續與否)。

如上指示，在某一地理區域/區中操作之每一TV台僅使用來自所分配至DTV的頻譜之有限數目個頻道，使得在各別區中頻譜之一些部分(不管相鄰與否)保持未使用：此局部可利用頻譜稱作「閒置空間」。術語「指定區」或「位置」表示位於一TV市場中之一特定區，諸如，單一或集合住宅、小辦公室/家庭辦公室、小企業、多租戶大樓、公共及私立校園等。

現參看該等圖式，圖1A說明在自類比TV廣播遷移至數位TV廣播後美國數位電視廣播頻譜之五個頻帶。保留用於ATSC頻道2-4之頻帶T1具有18 MHz，其自54 MHz延伸至72 MHz。保留用於頻道5-6之頻帶T2具有在76 MHz至88 MHz之間的12 MHz，保留用於頻道7-13之頻帶T3具有在174 MHz至216 MHz之間的42 MHz。另外，載運頻道14-36之頻帶T4佔用138 MHz(自470 MHz延伸至608 MHz)，及保留用於頻道38-51之頻帶T5具有84 MHz(自614 MHz至698 MHz)。因此，此等49個ATSC頻道覆蓋294 MHz(18+12+42+138+84)之頻譜。

為設計滿足FCC規則及指示之要求的閒置空間感測器，感測器敏感度之臨限值必須在TV頻道中每一6 MHz之整個寬度內為-114 dBm，或在通常由無線麥克風佔用之200 kHz頻道內為-107 dBm。FCC提議將最小30秒用於此初始頻道可用性掃描；若偵測到TV廣播，並且沒有無線麥克風或其他低功率輔助設備在此30秒之時間間隔期間在所掃描頻道中操作，則閒置空間裝置可開始在此頻道中操作。閒置空間裝置亦必須每60秒執行服務中監視。

在接收器敏感度、天線增益及感測與更新速率方面，此等FCC規範為感測器造成重要的挑戰。當試圖偵測無線麥克風時遇到額外挑戰：麥克風波形為類比信號，其可為AM、FM或經數位調變。另外額外的挑戰為自其他裝置之帶外發射及需要用於掃描頻譜之處理時間。原則上，此時間應被設定為使用逐個掃描6 MHz頻道之方法或同時掃描多個頻道之方法之間的折衷。在第一情況下考慮到存在四十九個待掃描之6 MHz頻道，而處理時間相當長。

一特定挑戰為裝置之成本，應將該成本保持在非常低以便獲得裝備有嗅探器的閒置空間裝置之可接受成本。另一方面，歸因於待掃描頻譜之範圍，RF調諧器之設計變得很複雜。又考慮到感測之信號的動態範圍非常高，由嗅探器使用之類比/數位轉換器(ADC)變為問題。因此，偵測低至-114 dBm之信號的能力需要高達140 dB之動態範圍，其導致23位元ADC。此種ADC極其昂貴且非常少見。

當前對於嗅探器提議之設計設想逐個掃描6 MHz頻道以偵測TV信號、麥克風信號或任何其他信號之存在。此等當前提議之裝置緩慢掃描所有49個TV頻道；如上文所論述，此配置需要具有140 dB之動態範圍的昂貴ADC。

圖2展示根據本發明的嗅探器1之一實施例。圖2實施例提供一種遵守FCC規則及指示的用於在一特定位置節約地掃描頻譜且識別可用閒置空間的有效率且廉價裝置。如圖2所示，嗅探器1包括一裝備有感測天線13之頻譜偵測器/分析器10、一頻譜管理器11及一可組態介面12。頻譜偵測器/分析器10之特定設計使其成為對任一無線裝置的可負擔且可靠添加，如將在稍後結合圖4對其描述。

頻譜偵測器/分析器10之作用為(如名稱表明)掃描DTV頻譜且偵測閒置空間之片段。結合圖4至7更詳細描述此單元之架構及操作。介面12為可組態，從而允許實現該嗅探器與不同技術及功能性之無線裝置的整合。

基於由偵測器10收集之頻譜佔用資訊，頻譜管理器(或頻譜規劃器)11識別用於所關注應用的正確頻譜量。頻譜管理器11亦為各別應用保留頻譜、決定使用其的方式，且經由雙向無線鏈路7將關於所保留頻譜的資訊提供至閒置空間資料庫5。頻譜管理器11之設計考慮在鏈路7上使用之各別無線介面所使用標準，且為每一應用提供正確頻寬量。

圖2亦展示用於儲存及維護關於在各別區中頻道佔用的資訊之閒置空間資料庫單元5。資料庫單元5包括一頻譜佔用登錄檔2、一維護模組3、鑑認、授權及存取(AAA)模組4及用於與該區中之任何WSD通訊之一天線6。登錄檔2維護關於在該區中作用之所有DTV頻道(且較佳可組織可使用無線麥克風之事件之所有主要集會地點的所有DTV頻道)之資訊。登錄檔亦可收集且維護關於當前在作用中之次要使用者之資訊。此資訊較佳地識別各別次要使用者、其佔用的閒置空間頻譜，及每一次要使用者意欲佔用彼頻道之時間。登錄檔2可收集且儲存由在各別區中執行感測之許多WSD提供之頻道佔用資訊。基於此收集之資訊，資料庫管理者可修改每一DTV台之保護周線(protection contour)，如由維護模組3展示。此特別有益，因為最初基於理論傳播模型來計算每一DTV台之傳播周線，使得其不準確，且基於實地的實際量測結果來予以校正係有益。舉例而言，資料庫管理者可為網際網路服務提供者。

雖然較佳按方便時間間隔實現由單元5提供之頻道佔用資訊，但閒置空間裝置仍將需要裝備一嗅探器，用於確保自資料庫接收之資訊確實係準確。在一實施例中，嗅探器亦可具有使其能夠校正由資料庫提供之資訊中任何差異之經添加特徵。然而，需要嚴密監視且重複檢驗此等校正，使得僅在合理時進行對資料庫之校正。此一般由鑑認、授權及存取模組4展示。如名稱暗示，模組4提供修改資料庫之授權，使得僅某些實體將能夠修改/更新頻道佔用資料。在儲存於頻譜佔用資料庫2中之資訊與自各別區中操作之閒置空間裝置接收之資訊不同情況下，管理者亦將必須提供解決；然而，此在本發明之範疇外。

圖3A展示ATSC信號之頻譜及主要特性，且圖3B展示由ATSC信號使用之資料欄位同步序列。如在圖3A看出，對ATSC信號分配6 MHz頻帶(就NTSC信號而論)。然而，代替單色/色度/音訊信號，藉由三個峰值使DTV信號之頻譜表現得幾乎如同具有升高之雜訊底限之展頻信號，實際上為偽展頻類型之信號。此係因為DTV信號實際上經隨機化以便創造數位信號傳輸中常見之均勻分佈雜訊狀頻譜。此准許最大的頻道效率，且使信號不干擾附近頻道，使得可相互緊接地傳輸三個HDTV頻道。波形之下側的「尖峰」或「峰值」15稱作ATSC導頻，其提供資料流內的三個時序信號中一者。

信號係自各別掃描場化影像產生，其中僅傳輸改變或在視訊框之間的不同。此數位資料接著經轉換至自MPEG編碼器創造之高速19.39百萬位元/秒資料流，且經傳送至取得此19.39 Mbit信號之DTV電路，添加成框資訊，且將資料隨機化而予以「變平滑」。接下來，資料流經受Reed-Solomon編碼(其將該流分解成207位元組的封包)，且進一步使用交織(Trellis)卷積編碼將資料流分解成具有內建誤差校正之四個2位元字。接著將一系列同步信號與資料流混合(區段同步、欄位同步及ATSC導頻)，且將所得信號施加至提供基頻信號之8-VSB(8位準殘邊帶)調變器。最後，接著將基頻信號與載波信號混合而予以「增頻轉換」至所要頻道或頻率。經增頻轉換信號通常為5.38 MHz寬，因此限制於6 MHz頻道分配之90%內。重申，此處針對NA DTV標準描述本發明，但其可適合於任一DTV標準。

對於經編碼資料(3位元/符號交織寫碼)的一共828個符號，所得MPEG輸送封包中每一者將1位元組(4個符號)用於同步、187個位元組用於資料(有效負載)及20個位元組用於FEC。對於8-VSN，每一符號脈衝具有使用3個位元寫碼之8個位準(111或+7；110或+5；101或+3；100或+1；011或-1；010或-3；001或-5；000或-7)，如圖3B中對於同步序列之實施例所展示。

圖3B展示對於MPEG指定之VBS資料欄位同步序列，其可根據本發明用以偵測TV廣播之存在。封包包括一系列偽隨機雜訊(PN)序列，用於允許實現接收器與所傳輸廣播的同步。存在511個符號之第一PN序列17，接著為三個PN序列18，每一者皆為63個符號長。該等PN 63序列在替代欄位上反轉。24符號欄位提供VSB模式，且保留104個符號。為增之資料傳輸，定義在12個預寫碼符號前的保留之符號中之最後10個。可按需要定義其他82個符號以用於每一個未來的增強。

可以許多方式執行對經掃描之頻帶中的DTV信號之偵測。根據本發明一實施例，DTV信號之存在係藉由識別PN序列來執行；可在雜訊下偵測PN序列，因為其具有將其與白雜訊區分開之重複型樣。若在頻譜之6 MHz片段中識別到此序列，則其意謂彼頻道由DTV廣播佔用。

在本發明另一實施例中，對DTV頻道之偵測係基於在經掃描頻譜中找到DTV導頻信號15。所基於之導頻15具有恆定振幅(正規化值1.25)，且始終存在於6 MHz頻譜中之同一處，亦即在對於DTV頻道之開始的同一頻率處，如在圖3A中看出。例如，若用s_TV (t)表示DTV信號，則傳輸之信號t_TV (t)包含s_TV (t)及導頻S_Pilot 。用r(t)表示由嗅探器接收之信號包括αs_TV (t)+S_pilot ，其中α為用以考慮由通訊頻道引入之缺陷所包括的因數。例如，若所接收信號經窄頻帶濾波且經濾波信號被累積數目m 次，則可偵測該導頻；m 可為(例如)1000。此係因為s_TV (t)選取8個值+7、+5、+3、+1、-1、-3、-5或-7(為8位準信號)中一者，使得藉由累積此等位準之信號而產生的平均值變得靠近零，同時累積始終具有相同振幅(1.25)之導頻導致可偵測之位準。

根據本發明再一實施例，為將一頻道宣告為未被佔用，嗅探器首先尋找DTV頻道中各者的導頻15；若無法偵測到導頻，則嗅探器尋找PN-511序列17，且若未偵測到，則嗅探器進一步尋找PN-63序列18。若在各別6 MHz頻譜片段中未偵測到PN序列17、18之導頻，則頻道可由次要裝置自由使用。

偵測無線麥克風(WM)之存在更為複雜，因為WM不使用導頻信號或任一其他可辨認之序列，亦不使用已知調變格式。此外，該頻道可能緊挨廣播頻道也可能不緊挨廣播頻道。因此，多數無線麥克風(-70%)主要使用類比FM調變以用於在88-108 MHz之FM廣播頻帶中操作(作為FCC部分15產品)。此等裝置中之其他者(約25%)通常用於在144-148 MHz之無線電頻帶中操作，但可重新調諧至135-175 MHz。頻率146.535非常風行。其餘百分之5主要使用約300 MHz及400 MHz之SAW裝置，且傾向於較為昂貴。多數無線麥克風佔用最大200 KHz之頻寬，且信號能量跨越約40 kHz之頻寬(對於低頻及高頻語音內容頻譜)。典型功率為5 mw或更少。實際上，此等單元中之85%在小於50 mW之功率下操作。最壞情況情境為當未調變信號(揚聲器靜寂)時，其係由於可在此靜寂時間間隔期間發生的短期載波漂移。然而，即使FCC規則及指示將無線麥克風之頻寬限制為200 kHz，TV WBFM麥克風亦可佔用寬達300 kHz之頻帶，且具有在VHF中限於50 mW且在UHF中限於250 mW之功率輸出。此外，多數無線麥克風具有約100 m之範圍，且信號能量跨越40 KHz。

根據本發明一實施例，可藉由量測在頻譜之任一200 kHz片段中累積之能量來偵測在頻譜之某一部分中無線麥克風的存在。類似於對DTV節目之偵測，使用50 MHz之掃描場頻率在整個DTV頻道(6 MHz)上按200 kHz之小塊執行對無線麥克風信號之偵測。換言之，接收之信號r(t)被濾波成200 kHz的小塊r'(t)，且接著經取樣以獲得樣本{r'(k,Δt)}。將累積之樣本的能量Σ∣r^' (k,Δt)∣² 與一臨限值比較以接著識別麥克風信號之存在。在本說明書中考慮之嗅探器偵測臨限值為-107 dBm(在200 kHz內)；小於-107 dBm的累積之能量指示不存在麥克風信號，而高於107 dBm的累積之能量指示存在麥克風信號。

顯而易見，掃描整個DTV頻帶需要具有非常大的動態範圍之類比/數位轉換器。本發明提供用於解決此問題之解決方案，如接下來所描述。

圖4為圖2之頻譜偵測器及分析器10之一實施例之方塊圖。頻譜偵測器/分析器10為被動裝置，其基於特定信號特徵(較佳使用小波)偵測可用頻譜。就偵測DTV信號之存在而言，裝置10能夠偵測通常在每一作用之DTV頻道上傳輸的TV導頻信號或/及PN-511及PN-63欄位。基於對此等三個已知序列之組合偵測，嗅探器判定TV頻道是否被佔用。因此，若頻譜分析器10未在經掃描頻道中偵測到導頻15或序列17及18中任一者，則得出結論：各別6 MHz頻道為空閒的且可由各別次要系統使用。另一方面，若偵測器/分析器10偵測到導頻15或序列17、18中一者，則意謂該頻道由一主要服務佔用。應注意，甚至在存在提供頻譜佔用資訊之閒置空間資料庫5的情況下，使用嗅探器來偵測由資料庫提供之資訊是否確實正確亦為好的做法。

圖4之頻譜偵測器/分析器單元10包括一VHF/UHF天線單元13、一降頻轉換單元40、一類比/數位轉換器(ADC)45(用於整形信號之濾波器)及一基頻處理器46。天線13可為裝置天線，或可提供為在共振頻率及大小兩方面皆最佳化之獨立天線。圖4說明兩個天線13、13'，其每一者被針對某一共振頻率最佳化，如接下來可看出。

如上文所指示，掃描如此大的頻譜部分需要有非常大範圍(140 dBm)之ADC，此使其昂貴且不適合作為對任一無線裝置之添加。本發明提供解決此問題之若干解決方案。因此，根據本發明一態樣，在若干子頻帶上連續執行頻譜分析，且分析器經調適成使用同一ADC 45掃描此等子頻帶。此動作由降頻轉換單元40允許實現，降頻轉換單元40將自天線單元接收之信號降頻轉換至較窄頻寬之低頻帶信號，使得在較窄頻帶中的信號之功率差將最可能小於在較寬頻帶中存在的信號之功率差。在通常情況下，頻帶B可被分成n 個子頻帶，其中n 1 ；在圖4之實施例中，由TV廣播佔用之整個頻帶B被分為兩個子頻帶(n=2)，藉由LSB設計之較低子頻帶及藉由HSB設計之較高子頻帶，如圖5中所展示。較低子頻帶覆蓋54 MHz與216 MHz之間的頻譜，其包括在162 MHz上延伸之12個VHF TV頻道。較高子頻帶覆蓋470 MHz與860 MHz之間的頻譜，其包括在228 MHz上延伸之37個UHF TV頻道。亦如上文所論述，嗅探器可具備兩個天線，每一個天線用於一個子頻帶。

在圖4之實施例中，降頻轉換單元40包括一帶通濾波器(BPF)41、一線性放大器(LNA)42、一調諧器43、一低通濾波器(LPF)44及一切換區塊47。切換區塊47包括開關47'及47"。當掃描較低子頻帶LSB時，自信號路徑排除BPF 41及調諧器43，使得ADC 45對54-216 MHz子頻帶中之信號取樣。當掃描較高子頻帶HSB時，BPF 41及調諧器43包括於信號路徑中。在此情況下，將較高子頻帶中之信號降頻轉換至實質上類似於DTV頻道1-12之頻率的頻率，使得可藉由同一取樣器45取樣上部頻帶及下部頻帶中之兩信號。顯而易見，藉由將單一ADC用於LSB及HSB兩者，顯著地降低了取樣器45之成本。

以此方式，ADC 45取樣最大228 MHz頻帶上而非超過400 MHz之整個TV頻譜上的信號。用同一ADC 45取樣在兩個子頻帶中之信號使得可使用具有可接受動態範圍的ADC 45。選擇取樣頻率F_s (例如，在272 MHz)，其比較低頻帶及經降頻轉換之較高頻帶中之最高頻率高。以此方式，完全按照Nyquist-Shannon取樣定理判定信號，且可正確地恢復該等信號。

圖5展示兩個子頻帶-44 MHz之調諧器頻率及272 MHz之取樣頻率。應注意，作為一實施例，將調諧器頻率選擇在44 MHz；可同等使用其他調諧器頻率F_t ，只要兩個子頻帶不具有比228+F_t 高的頻率分量便可。

亦應注意到，可將所關注頻譜分成兩個以上子頻帶，在該情況下，圖4之實施例在ADC前將具有適當數目個分支。結合圖6及7展示此實施例，其中圖6展示在三個頻帶上執行DTV頻譜之掃描的一實施例之方塊圖，且圖7展示針對此實施例選擇頻帶之方式。

在圖4之實施例中，BPF 41具有228 MHz之基頻帶以使HSB中所有37個TV頻道傳送至LNA 42。共同用於HSB及LSB信號之LPF 44具有272 MHz之最大頻率，使得LSB中所有信號及來自HSB的經降頻轉換信號被傳送至ADC 45。在濾波器44之輸出端，ADC 45取樣在最大228 MHz頻帶上呈現之信號。藉由用同一ADC 45取樣在兩個子頻帶中之信號，使得可使用具有可接受動態範圍的ADC 45。選擇取樣頻率F_s (例如在272 MHz)，其比在較低頻帶及經降頻轉換較高頻帶中之最高頻率高。以此方式，該等信號完全按照Nyquist-Shannon取樣定理判定信號且可正確恢復。

在LPF 44之輸出端的信號由類比/數位轉換器45取樣。在此實施例中，ADC 45具有2×272 MHz之取樣速率(Nyquist-Shannon)且按每樣本8個位元操作。基頻處理器46處理資料信號且將經處理樣本提供至頻譜管理器11。根據本發明此實施例，BB 46藉由在信號路徑中包括或不包括調諧器及BPF(視所掃描之子頻帶而定)來控制子頻帶切換。

圖6說明根據本發明之另一實施例的圖2之頻譜偵測器/分析器之方塊圖，其中DTV頻帶被分成三個子頻帶。圖7展示如何劃分頻譜以使用圖6之偵測器/分析器10'掃描。

圖6之頻譜偵測器/分析器單元10'藉由將DTV頻帶分成如圖7所示三個子頻帶SB1、SB2及SB3 n-3)而進一步減小ADC之動態範圍。在此實施例中，SB1在54 MHz與216 MHz之間的162 MHz上延伸，佔用12個VHF TV頻道。SB2在470 MHz與608 MHz之間的UHF頻帶之下部部分中之138 MHz上延伸，佔用23個DTV頻道。SB3在614 MHz與698 MHz之間的UHF頻帶之上部部分中之84 MHz上延伸，佔用14個DTV頻道。在此實施例中，天線單元13裝備有三個天線：第一天線13-1用於SB1，第二天線13-2用於SB2，且第三天線13-3用於SB3。降頻轉換單元60包括一可調諧帶通濾波器(BPF)41'，其經最佳化以在各別三個子頻帶中操作。開關47'一般展示當掃描各別子頻帶時切換天線13-1至13-3之方式。就圖4實施例而論，單元10'亦包括一線性放大器(LNA)42、一調諧器43、一低通濾波器(LPF)44、ADC 45及一基頻處理器46。在此實施例中，使用同一ADC 45取樣在所有三個子頻帶中偵測到之信號。當掃描SB1時，針對此頻帶調整BPF 41'，且如由開關47"一般展示自信號路徑排除調諧器43。ADC 45現取樣54-216 MHz子頻帶SB1中之信號。當掃描子頻帶SB2及SB3時相應調諧BPF 41'，且藉由開關47"將調諧器43包括於信號路徑中。在此情況下，子頻帶SB2及SB3中之信號經降頻轉換至實質上類似於SB1之頻率的頻率，使得可用同一取樣器45取樣在下部頻帶及上部頻帶中之所有信號。顯而易見，藉由使用此配置顯著地減少取樣器45之複雜性。

圖8展示根據本發明之另一實施例的ADC之操作。如上文所論述，FCC規則及規定要求在非常高的範圍上感測信號以發現主要服務之存在(亦即，強DTV信號及弱無線麥克風信號)；此範圍為約-118 dBm。根據本發明，若比預選定位準強之所有信號被截止(限幅)，則可能使用具有50 dBm之動態範圍的ADC。舉例而言，若將截止位準選擇在-70 dBm(截止比-70 dB強之信號)，則ADC需要操作於之範圍顯著減小至118 dBm-70 dBm=48 dBm。此可藉由將ADC之操作點設定在約-94 dBm且藉由對於比-94 dBm位準少或多25 dBm以上之信號在飽和狀態下操作ADC來獲得。對於熟習此項技術者顯而易見，亦可使用其他截止位準，且藉由實施例，選擇-70 dBm位準；本說明書將針對此值使用一般術語「截止臨限值(cut-off threshold)」。

ADC 45之此操作模式使得可減少處理時間，因為嗅探器可按良好機率快速偵測某一頻譜片段是否由另一服務使用。當在預設定之時間量上在所掃描頻譜片段內的所接收信號之所有樣本恆定且處於截止臨限值時，BB處理器46判定ADC在飽和狀態下工作，且得出結論：各別頻道被佔用。當所接收之信號的所有經感測之樣本處於截止臨限值下時，BB處理器46決定主要服務可能或可能不佔用各別頻譜片段，且開始應用其他感測方法，如稍後所描述。

如上文所論述，基於量測在頻譜之各別部分中的能量，藉由按6 MHz之倍數掃描頻譜以發現DTV廣播，且接著按200 Khz的小塊掃描經識別為未由DTV使用的某一6 MHz片段以偵測任何在作用中之無線麥克風之存在來判定主要服務之存在或不存在。顯而易見，以此方式掃描整個DTV頻帶可需要長的時間。為解決此問題，BB處理器46使用分組偵測演算法及較佳為小波信號分析(另或者，熟知的FFT-快速傅立葉變換)以判定信號能量。使用小波信號分析加速了能量偵測過程。小波信號分析之優勢在於以下事實：可在時間及頻率兩方面調整小波(能量)之波形以配合到某一大小之頻譜片段中，且接著可對照臨限值量測且分析各別頻譜片段中的信號之能量。可選擇持續時間非常窄的波形，使得其可用以量測能量高頻寬傳輸。

根據本發明的小波分析之範疇為識別可由次要服務使用的具有極少或無可偵測之信號活動的頻譜之頻率-時間片段(稱作頻率-時間「單元」)。如在圖9A中看出，基頻處理器46大體上包括一小波分解單元8、一小波係數計算器9及一雜訊減少單元14。小波分解單元8藉由創造如圖9B中展示之母小波及子小波來「分解」在頻率-時間單元上的接收之信號。小波係數計算器9判定提供關於在所分析之時間-頻率單元中的信號之能量之資訊的小波係數。接著將小波係數與能量臨限值μ比較，具有低於臨限值之係數的頻道定義一閒置空間片段。頻譜管理器11接收關於各別閒置空間片段之時間及頻率座標之資訊，且按需要處理此資訊。

關於如在根據本發明實施例中使用的小波函數之基本背景資訊提供於所識別之2008年4月10日申請之題為「用於在無線通訊中利用頻譜資源的系統和方法」(Wu等人)的共同申請專利申請案第12/078,979號中，該申請案被以引用的方式併入本文中。結合圖9B提供關於小波操作之方式的簡要描述。自稱作「母」小波之單一數學函數(Ψ(t) )產生小波，「母」小波為在時間及頻率兩方面有限長度或快速衰減之振盪波形。用Ψ_α,T (t)表示小波函數，且用Ψ_α, _T (ω)表示對應的頻域表示，其中α表示小波波形之縮放參數，而T表示小波波形之偏移或平移參數，「子」小波為母小波之經縮放(按因數α)且經平移(按時間T)之複本。

選擇在本發明中使用之小波函數Ψ _α, _T (t) ，使得99%的小波能量集中在時域及頻域兩者之有限間隔內。此外，選擇小波函數Ψ _α,T ( t) 以便允許實現其集中中心之整數偏移(平移)，使得可產生鄰近偏移波形Ψ(t-τ) ，以形成有限能量的信號空間之正交基礎。縮放參數之改變影響脈衝形狀；若在時域中擴大脈衝形狀，則將自動在頻域中縮小。另或者，若在時域中壓縮脈衝形狀，則將在頻域(f軸)中膨脹。偏移參數τ表示小波波形之能量集中中心在時間上的偏移。因此，藉由增加平移參數τ之值，小波沿著t軸在正方向上偏移；藉由減小τ，小波沿著t軸在負方向上偏移。

如圖9B所示，將所關注通訊頻譜(例如所分配至DTV之頻譜)分成具有複數個頻率-時間單元71、72、73之頻率及時間映射70。在頻率及時間映射內之每一頻率-時間單元構成至少一「頻道」。可操縱小波波形特性以處理不同粒度之頻率-時間單元，且因此識別頻率及時間映射70內之閒置空間片段。如上示對縮放及平移參數之改變使得能夠根據變數/所要時間-頻率解析度來劃分頻率及時間映射70。

舉例而言，藉由將縮放參數設定至第一值且遞增平移參數，提供複數個具有頻寬⊿f ₁ 及時槽間隔⊿t _１之單元71。藉由將縮放參數設定至第二值且遞增平移參數，提供複數個具有減小之頻寬⊿f ₂ 及增加之時槽間隔⊿t ₂ 之單元72。再另外，藉由將縮放參數設定至第三值且遞增平移參數，提供複數個具有進一步減小之頻寬⊿f ₃ 及進一步增加之時槽間隔⊿t ₃ 之單元73。亦如圖7B所說明，藉由使用小波函數，頻率及時間映射70內之每一單元可根據另一頻率及時間映射75而進一步分成頻率及時間單元。例如，可基於另一小波函數Y(t) 將右邊單元72進一步分成頻率及時間單元等。

在小波分解後，小波係數計算器9(見圖9A)計算數位化之信號的小波係數w_p,q ，該等係數反映各別時間-頻率單元中之信號能量：

其中Ψ_n,k (t)為小波函數，而隨著縮放參數α及平移參數τ之一函數來選擇n及k整數。在以上參考共同申請專利申請案中，如下定義p及q：α=b^p 及τ=qb^p ，其中b 為正有理數(例如，1.2、2、2.1、3等)，且p 及q 為整數(例如，0、+/-1、+/-2、+/-3等)。

接著將所計算之小波係數w_P,q 用以判定各別時間-頻率單元中之信號能量，將對應於每一經偵測信號的信號能量與能量臨限值η比較，且若經偵測能量低於下述臨限值，則選擇各別閒置空間片段：

其中μ為表示能量位準之臨限值的預定義之正數。預定能量位準μ可經預設定，或可經組態以取決於正掃描頻譜、可接受干擾位準、信號功率等而變化。

圖10A及10B說明根據本發明一實施例的識別閒置空間片段之方法，其中圖10A展示在存在具有頻道佔用資訊之集中式資料庫之情況下的方法，及圖10B展示在不存在具有頻道佔用資訊之集中式資料庫之情況下的方法。如在圖10A中看出，在存在資料庫5之情況下，單元10識別資料庫中之空閒頻道CH_k ，步驟60。嗅探器較佳使用等於DTV頻道之寬度(在NA中為6 MHz)的解析度來識別彼大小或其倍數之閒置空間片段。此外，當解析度為DTV頻道之寬度時，由資料庫5提供之資訊較易於使用，可跳過在資料庫中被識別為經佔用之頻道以減少處理時間。亦應注意到，在所關注應用需要比由一個DTV頻道提供之頻寬大的頻寬之情況下，嗅探器將選擇資料庫(圖中未示)中識別為空閒的若干連續頻道。頻譜偵測器/分析器10接著掃描選定頻道，且按兩個階段處理感測之信號，在每一階段中使用不同解析度。在第一階段中，藉由使用挑選之時間頻率單元執行經接收之信號的小波變換，嗅探器繼續進行驗證該(該等)頻道是否確實為空閒，步驟61。舉例而言，第一階段的小波變換函數之頻率變數可覆蓋DTV頻道之整個寬度(在北美，為6 MHz)。若嗅探器識別出在選定頻道中之DTV信號(決策區塊62之分支「否」)，則其向資料庫通知此事件且返回至步驟60以選擇另一空閒頻道。

另一方面，若嗅探器判定在CH_k 中不存在DTV廣播信號(決策區塊62之分支「是」)，則在第二階段期間進一步分析該頻道以偵測任何無線麥克風信號之存在，步驟64。若嗅探器確實確認CH_k 空閒(步驟65)，則為所關注應用保留該頻道，步驟66。若偵測到麥克風信號之存在，則通知資料庫管理者，且嗅探器針對資料庫中識別為空閒之另一頻道重複步驟60-65。應注意，若各別應用僅需要使用此頻道之一部分，則仍可使用頻道CH_k ，在該情況下，步驟64使用基於各別應用(圖中未示)所需的頻寬大小而選擇之時間-頻率單元大小來相應地分析該頻道。

如在圖10B中看出，當無資料庫可利用時，在第一階段期間，嗅探器掃描且分析所分配至DTV之頻譜(步驟70)，較佳地使用等於DTV頻道之寬度(在NA中，為6 MHz)的解析度以識別此大小或其倍數之閒置空間片段。如在參看圖10A描述之方法中，亦可根據所關注應用的所需頻寬來選擇時間-頻率單元之粒度。然而，符合DTV頻道之大小的粒度係較佳，因為允許實現對各別頻譜片段中的信號之更確定性處理，因為可藉由尋找結合圖3B描述之已知序列(導頻、PN 511、PN-63)來識別DTV頻道。然而，若選擇另一粒度以用於信號處理，則可將ADC 45之飽和用於偵測所關注頻譜片段是否為空閒。

一旦發現一6 MHz片段，則第一處理階段停止，步驟71，其中信號能量低於臨限值μ，其指示此頻譜片段不用於DVT傳輸。步驟71中識別之頻道用CH_k 表示。在第二階段期間，嗅探器必須檢查是否存在任何在CH_k 中操作之無線麥克風，步驟72。現在，其必須以200 kHz的解析度處理在第一階段中識別之該頻譜片段中之信號。較佳地，在為50 kHz之倍數的頻率處開始處理該等信號。若在步驟71中識別之CH_k 結果是空閒(如由決策區塊74之分支「是」展示)，則嗅探器為各別應用保留CH_k ，步驟75。若歸因於一或多個無線麥克風信號之存在，在CH_k 中未識別到具有所需頻寬的閒置空間片段(如由決策區塊74之分支「否」展示)，則嗅探器之操作回復到步驟70。

根據本發明之另一態樣，可使用由圖9A上之單元14一般地說明之小波雜訊減少程序來增強偵測過程。根據此程序，著眼於判定具有某一可靠度之臨限值μ，使用平均方差估計之任一已知方法估計頻道雜訊。若用s(t)表示傳輸之信號，用r(t)表示接收之信號，且用N(t)表示雜訊，則在信號之小波變換後，小波係數為以下形式之向量：

其中wT表示小波變換，k為樣本數目，M為樣本之最大數目，Δt為兩個連續的樣本之間的距離(時間)，及α考慮到由傳輸器與接收器之間的頻道引入之缺陷。在小波變換後，所接收之基頻信號變為：

若推斷出對應的信號分量在統計上可忽略，則現可藉由重設小波係數至零W_n,k =0來減少經分解信號中的雜訊。如上文指示，選擇小波變換函數以將信號之能量集中在99%的各別時間-頻率單元內。根據所傳輸信號s(t)之性質，若小波係數w(k)具有相對雜訊標準偏差σ為顯著之值，則此意謂頻道在使用中。若在各別頻譜片段中不存在信號，則所接收信號的小波係數w(k)非常小(靠近零)，在該情況下，w(k)將處於雜訊位準，亦即與雜訊底限之σ相當。

對於第二情況(w(k)σ)，使用雜訊資訊重設小波係數，且在所接收信號之小波係數重設後，使用具有新的小波係數u(k)之反向小波變換來重建構信號。接著使用以上描述之偵測方法(導頻或PN偵測等)來進一步處理經重建構之信號。此雜訊減少程序係有益的，因為其「清除」了信號之雜訊，使得可執行較準確的偵測。

以上結合圖10A及10B描述之兩階段過程可為耗時的，儘管整個過程比重複平均化及濾波之傳統方法快。可使用根據本發明之群偵測程序(如圖11所示)來加速此兩階段過程。對於群偵測程序，嗅探器在第一階段中處理一群DTV頻道。該等頻道較佳地係連續的，且在資料庫5中被識別為經佔用之頻道不包括於該群中，如步驟80中展示。或者，嗅探器可仍然在該群中包括此等頻道。用{r(k)}表示在ADC 45之輸出端處的信號，其中k 為樣本數目。在{r(k)}之基頻處理及小波分解後，用{x_n (k)}表示某一頻道(或單元)中之信號，其中n 為頻道數目。每一頻道中之信號接著被低通濾波以將來自所有頻道之信號對準於為零之原始頻率(如步驟81中所示)，以按Nyquist速率得到每一頻道之頻道化資料，用{y_n (1,Δt)}表示該資料。

來自該群中之頻道的頻道化資料接著被重疊，以獲得此等信號之總和：

Y(t)=Σ{y₁ (t)+y₂ (t)+y_k (t)+y_G (t)+N}

此展示於步驟82中。可對重疊之信號執行雜訊減少操作，如上文所述及在步驟83中所示。接著在雜訊減少後計算經加總之信號的能量E，步驟83。即，BB處理器46執行結合圖10A或10B描述的方法之第一階段，如由步驟84展示。舉例而言，BB處理器46試圖識別信號中之導頻或PN序列，步驟84中所示。若所接收之信號的能量小於一臨限值(例如，E<-70 dBm)(決策區塊85之分支「是」)，則信號可能仍存在於彼群頻道或一頻道中，且處理器執行圖10A或圖10B中展示的方法之階段I，以偵測在此頻譜片段中任一無線麥克風之存在。

若信號之能量比臨限值高，例如，為E-70 dBm，決策區塊85之分支「否」，則意謂該群的頻道中之一或多者可能被佔用。在此情況下，對來自該群的尚未經處理之一頻道子群(例如，該群中的頻道之一半)重複群偵測程序，步驟86、87。接著，再次當執行階段II時，在步驟82中判定各別子群中的頻道化資料之總和，且重複該程序直至偵測到空閒頻道。

當信號之能量小於臨限值時，執行沿著決策區塊85之分支「是」的操作。在此情況下，系統試圖識別來自該群頻道是否無任何無線麥克風信號，如由步驟88、89展示。為各別次要服務保留第一個此種頻道，步驟90。若該群中無頻道空閒，則對來自該群的一頻道子群重複群偵測程序，如由步驟86及87展示。

亦可藉由在時間上重疊來自多個頻道之資料區段，使得在某一數目之加總後將導頻加起來，而在連續加總中資料平均化為靠近零之值(由於資料為隨機)來執行偵測DTV信號。在此情況下，存在DTV信號的頻道中之導頻及PN序列皆被相加，從而導致較易於相對於雜訊偵測出之位準。

可根據本發明使用偵測無線麥克風之存在的其他方法；僅對使用以上方法中之任何者偵測為未使用之TV頻道執行此。舉例而言，仍可使用小波分解，且選擇具有最大小波係數的閒置空間片段。此等頻道中之信號被累積指定次數。接下來，對接收之信號執行2k FFT分解，且藉由量測每一區間上之能量；將峰值與雜訊底限比較使處理器46能夠判定是否存在無線麥克風信號。

上述本發明之實施例意欲僅為例示性，且並非用於使用不可靠網路服務發送的資料單元之前瞻型重複傳輸之任一系統或方法之每一可能組態的完整描述。本發明之範疇因此意欲僅受到隨附申請專利範圍之範疇的限制。

1‧‧‧嗅探器

2‧‧‧頻譜佔用登錄檔

3‧‧‧維護模組

4‧‧‧鑑認、授權及存取(AAA)模組

5‧‧‧閒置空間資料庫(單元)

6‧‧‧天線

7‧‧‧雙向無線鏈路

8‧‧‧小波分解單元

9‧‧‧小波係數計算器

10,10'‧‧‧頻譜偵測器/分析器(單元)

11‧‧‧頻譜管理器(規劃器)

12‧‧‧可組態之介面

13,13',13"‧‧‧感測天線、VHF/UHF天線單元

13-1‧‧‧第一天線

13-2‧‧‧第二天線

13-3‧‧‧第三天線

14‧‧‧雜訊減少單元

15‧‧‧DTV導頻信號

17,18‧‧‧偽隨機雜訊(PN)序列

40,60‧‧‧降頻轉換單元

41‧‧‧帶通濾波器

41'‧‧‧可調諧帶通濾波器

42‧‧‧線性放大器(LNA)

43‧‧‧調諧器

44‧‧‧低通濾波器(LPF)

45‧‧‧類比/數位轉換器(ADC)、取樣器

46‧‧‧基頻處理器

47‧‧‧切換區塊

47',47"‧‧‧開關

62,74‧‧‧決策區塊

70‧‧‧頻率及時間映射

71-73‧‧‧頻率-時間單元

HSB‧‧‧高子頻帶

LSB‧‧‧較低子頻帶

SB1-SB3‧‧‧子頻帶

△f‧‧‧頻寬

△t‧‧‧時槽間隔

上述業已參看下列圖式描述本發明，其中相同參考符號貫穿若干視圖為指示對應的零件。

圖1展示DTV廣播頻帶。

圖2說明根據本發明一實施例的WS嗅探器之方塊圖。

圖3A展示ATSC傳輸頻譜。

圖3B展示在ATSC信號中提供之序列，其可在本發明一些實施例中用於識別TV廣播之存在。

圖4說明根據本發明一實施例的圖2之頻譜偵測器/分析器之方塊圖。

圖5展示使用圖4之頻譜偵測器/分析器的掃描TV頻譜之方法之實施，其中DTV頻譜被分成兩個子頻帶。

圖6說明根據本發明之另一實施例的圖2之頻譜偵測器/分析器之方塊圖。

圖7展示使用圖6之頻譜偵測器/分析器的掃描TV頻譜之方法之另一實施，其中DTV頻譜被分成複數個子頻帶。

圖8展示根據本發明另一實施例的ADC之操作原理。

圖9A展示根據本發明的小波分解之一實施例。

圖9B展示根據本發明將通訊頻譜劃分成一頻率及時間映射之一實施例。

圖10A及10B說明根據本發明一實施例中識別一閒置空間片段之方法，其中圖10A展示在存在具有頻道佔用資訊之集中式資料庫之情況下的方法，及圖10B展示在不存在具有頻道佔用資訊之集中式資料庫之情況下的方法。

圖11說明根據本發明另一實施例中用於群偵測操作之流程圖。

圖12A及12B展示根據FCC規則的ATSC參數之概述。

1．．．嗅探器

2．．．頻譜佔用登錄檔

3．．．維護模組

4．．．鑑認、授權及存取(AAA)模組

5．．．閒置空間資料庫(單元)

6．．．天線

7．．．雙向無線鏈路

10．．．頻譜偵測器/分析器(單元)

11．．．頻譜管理器(規劃器)

12．．．可組態之介面

13．．．感測天線、VHF/UHF天線單元

Claims

一種用於允許自一無線裝置實施一次要服務應用之閒置空間頻譜感測器，其包含：一頻譜偵測器/分析器，其用於識別一指定寬度的一閒置空間頻譜片段；一頻譜管理器，其用於基於該次要服務應用之要求確立該指定寬度及為該次要服務應用保留該閒置空間頻譜片段；及一可組態介面，其用於允許實現該感測器與該無線裝置之整合。
一種用於允許在一無線裝置處實施一次要服務應用之閒置空間頻譜感測器，其包含：一頻譜偵測器/分析器，其用於分析一指定寬度的一頻譜片段以確認該頻譜片段未被佔用；一頻譜管理器，其用於基於該次要服務應用之要求確立該指定寬度及為該次要服務應用保留該頻譜片段；及一可組態介面，其用於允許實現該感測器與該無線裝置之整合。
如申請專利範圍第2項之感測器，其中該頻譜管理器使用關於為該無線裝置保留之頻譜片段的資訊更新一閒置空間資料庫。
如申請專利範圍第2項之感測器，其中該頻譜管理器自一閒置空間資料庫擷取關於該頻譜片段之資訊，該閒置空間資料庫維護用於一所關注TV市場之頻譜佔用資訊。
一種用於偵測且分析在所分配至TV廣播之一頻帶B 之頻譜中存在的信號之頻譜偵測器/分析器，其包含：一天線單元，其用於獲取存在於頻帶B中之無線信號；一取樣器，其用於數位化由該天線單元獲取之信號以提供數位化樣本；及一基頻(BB)處理器，其用於分析該等數位化樣本且藉由根據與該各別TV廣播有關之一DTV標準偵測在該DTV廣播中存在之一已知信號序列，來識別在所分配至該TV廣播之頻寬中的一未使用頻譜片段。
如申請專利範圍第5項之頻譜偵測器/分析器，其中該已知信號序列為DTV導頻。
如申請專利範圍第5項之頻譜偵測器/分析器，其中該已知信號序列為一偽隨機序列。
一種用於偵測且分析在所分配至TV廣播之寬度B 之一頻譜上感測到的信號之頻譜偵測器/分析器，其包含：一天線單元，其用於獲取在所分配至該TV廣播之頻譜上確立之n 個子頻帶中存在的無線信號，一子頻帶SB_k 具有某一寬度B_k ，其中k є[1,n] 且n 1 ；一降頻轉換單元，其用於將在每一子頻帶SB_k 中自該天線單元所接收之信號降頻轉換至在寬度B_k 之一低頻帶上延伸之低頻帶信號，該降頻轉換單元包含：一可調諧帶通濾波器，其用於濾出在子頻帶SB_k 之外部的感測信號；一調諧器，其用於將在該子頻帶SB_k 中之信號降頻轉換至佔用寬度B_k 之一低頻帶的低頻帶信號；及一切換區塊，其用於組態該天線單元、該帶通濾波器及該調諧器以在一子頻帶開關控制信號之控制下相應地處理該子頻帶SB_k 之該等信號；一取樣器，其用於取樣在每一子頻帶中之低頻帶信號以自該等低頻帶信號提供數位化樣本；及一基頻處理器，其用於分析自該取樣器接收之數位化樣本且識別在所分配至該TV廣播之頻寬中的一未使用頻譜片段。
如申請專利範圍第8項之頻譜偵測器/分析器，其中該基頻處理器選擇每一子頻帶SB_k 之寬度B_k 。
如申請專利範圍第8項之頻譜偵測器/分析器，其中該調諧器之頻率F_tuner 係根據該指定低頻帶之寬度選擇。
如申請專利範圍第8項之頻譜偵測器/分析器，其中該取樣器之取樣頻率F_s 經選擇為比該等子頻帶中任一者的最高頻率還高。
如申請專利範圍第8項之頻譜偵測器/分析器，其中該基頻處理器包含：一小波分解單元，其用於使用具有選定粒度之時間-頻率單元的一頻率-時間映圖將該等數位化樣本分解成小波；一小波係數計算器，其用於將該等時間-頻率單元之小波係數判定為在一各別單元中的能量之一量測，且基於臨限值識別該未使用頻譜片段。
一種用於偵測且分析在所分配至TV廣播之寬度B 之一頻譜上感測到的信號之頻譜偵測器/分析器，其包含：一天線單元，其用於獲取在所分配至該TV廣播之頻譜上存在之無線信號；一取樣器，其用於取樣由該天線單元所獲取之信號以提供數位化樣本，該取樣器經操作以對比一指定值還強的信號達成一飽和狀態；及一基頻(BB)處理器，其用於分析自該取樣器所接收之數位化樣本且藉由偵測該取樣器之飽和狀態而識別在所分配至該TV廣播之頻寬中的一未使用頻譜片段。
如申請專利範圍第13項之頻譜偵測器/分析器，其中該取樣器之飽和點經選擇處於-70dBm，用於達成自-118dBm至-70dBm之一取樣器動態範圍。
一種偵測且分析在分配至TV廣播之頻譜中存在的信號之方法，其包含：a)獲取所分配至該TV廣播之頻帶中存在的無線信號；b)使用一取樣器取樣在步驟a)中所獲取之信號以提供數位化樣本，該取樣器在經選擇以對於比一指定值還強的信號達成一飽和狀態之一操作點中操作；及c)分析自該取樣器所接收之數位化樣本且藉由偵測該取樣器之飽和狀態而識別在所分配至該TV廣播之頻寬中的一未使用頻譜片段。
如申請專利範圍第15項之方法，其中步驟b)包含取樣自-118dBm至-70dBm之該等信號，使得具有比-70 dBm大的一強度之信號產生一恆定輸出。
一種偵測且分析在所分配至TV廣播之寬度B 之一頻譜中存在的信號之方法，其包含：a)確立所分配至該TV廣播之頻譜之頻帶B 上之n 個子頻帶，一子頻帶SB_k 具一寬度B_k ，其中k є[1,n] 且n 1 ；b)獲取在該子頻帶SB_k 中存在之無線信號；c)將在該子頻帶SB_k 中所獲取之信號降頻轉換至一寬度B_k 之一低頻帶中的低頻帶信號，其中根據所指定的該低頻帶之寬度來判定用於降頻轉換所有子頻帶之該等信號的一頻率F_tuner ；d)取樣每一子頻帶SB_k 中之低頻帶信號以提供該等低頻帶信號之數位化樣本；e)分析自取樣器接收之數位化樣本以量測該等經取樣之低頻帶信號之能量；及f)重複步驟c)至e)直至在經分配至該TV廣播之頻寬中識別到一未使用頻譜片段。
如申請專利範圍第17項之方法，其中步驟c)包含：帶通濾波在各別子頻帶SB_k 中感測到之信號；將在該各別子頻帶SB_k 之信號降頻轉換成該等低頻帶信號；及組態天線單元、帶通濾波器及調諧器以在一子頻帶開關控制信號之控制下處理該各別子頻帶SB_k 之信號。
如申請專利範圍第17項之方法，其中使用一經選擇為比該等子頻帶中任一者的最高頻率還高的取樣頻率F_s 執行步驟d)。
一種用於偵測且分析在分配至TV廣播之寬度B 之一頻譜上感測到的信號之方法，其包含：a)獲取存在分配至TV廣播之頻譜中的任何無線信號；b)取樣由天線單元所獲取之信號以自低頻帶信號提供數位化樣本；及c)分析自取樣器所接收之數位化樣本；及d)藉由根據與該TV廣播有關之各別DTV標準偵測在該DTV廣播中存在之一已知信號序列，來識別在所分配至該TV廣播之頻寬中的一未使用頻譜片段。
如申請專利範圍第20項之方法，其中使用小波信號分析執行步驟c)。
如申請專利範圍第20項之方法，其中步驟c)包含：使用一具有一選定粒度之時間-頻率單元的頻率-時間映射將該等數位化之樣本分解成小波；將該等時間-頻率單元之小波係數判定為在一各別單元中的能量之一量測；及基於預設定之能量臨限值識別該未使用頻譜片段。
如申請專利範圍第20項之方法，其進一步包含用在步驟d)中獲得之資訊更新一閒置空間資料庫。
如申請專利範圍第20項之方法，其中步驟a)包含：存取一閒置空間資料庫，該閒置空間資料庫維護關於分配至該TV廣播之該頻譜之當前佔用的資訊；及獲取在分配至該TV廣播之該頻譜之在該閒置空間資料庫中被指示為空閒的部分中存在的無線信號。
一種偵測且分析在所分配至TV廣播之頻譜中存在的信號之方法，其包含：a)自一閒置空間資料庫識別空閒而可用於實施一次要服務的一群TV頻道；b)獲取在該群TV頻道中存在之無線信號，同時將任一偵測信號降頻轉換至一預選定頻率f₀ ；c)加總在b)處獲取之信號以獲得一數位化複合信號；d)使用一小波雜訊減少程序減少該複合信號之雜訊；e)分析該複合信號以判定該複合信號之能量是否比一臨限值高；及f)若該複合信號之能量比該臨限值小，則分析該複合信號以識別一無線麥克風操作之存在；及g)若在步驟f)處未偵測到無線麥克風操作，則為該次要服務保留該群TV頻道中的任何頻道。
如申請專利範圍第25項之方法，其進一步包含若該複合信號之該能量比該臨限值小，則將該群中之頻道分成一第一子群及一第二子群，及輪流對每一子群執行步驟c)至g)。